WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Реакцию хлорида иттрия (III) с изопропиловым спиртом в присутствии аммиака осуществляли в круглодонной колбе, в которую поступал осушенный над прокаленным NaOH аммиак из баллона. Реакционную смесь интенсивно перемешивали и охлаждали льдом. При растворении аммиака в спирте выделялось большое количество тепла. После полного насыщения жидкости аммиаком в колбу по каплям добавляли раствор YCl3 в изопропиловом спирте с непрерывным контролем pH среды. В процессе реакции выпадал белый мелкодисперсный осадок. При достижении pH=7 реакцию останавливали и давали отстояться осадку.

При добавлении воды в прозрачный маточный раствор осадок не образовывался. На основании этого мы предполагаем, что в результате реакции образуется не изопропилат иттрия (III), а нерастворимый в спирте аммиакат хлорида иттрия (III).

Реакцию хлорида иттрия (III) с изопропиловым спиртом в присутствии натрия проводили в круглодонной трёхгорлой колбе с обратным холодильником, перемешивание осуществляли лопастной мешалкой. В колбу помещали раствор безводного YCl3 в изопропиловом спирте. Включали перемешивание, раствор нагревали до 80°C и добавляли натрий. В ходе реакции непрерывно контролировали pH среды и завершали реакцию при pH=7-8. Раствор изопропилата иттрия (III) отделяли от осадка NaCl декантированием. При pH < 7 образовавшийся осадок плохо фильтровался, так как имел желеобразную консистенцию.

При добавлении воды в маточный раствор выпадал белый студенистый осадок, который после сушки и прокаливания подвергали рентгенографическому анализу. Все пики на рентгенограмме соответствовали оксиду иттрия (III). Это свидетельствовало об образовании изопропилата иттрия (III) в растворе после проведения реакции. Выход продукта по иттрию составлял 70-80%.

Синтез карбоната иттрия (III) и исследование промышленного карбоната иттрия (III). В качестве основного компонента шихты использовали промышленный карбонат иттрия (III) и карбонат иттрия (III), полученный распылением высококонцентрированного горячего раствора хлорида иттрия (III) в холодный раствор осадителя – карбоната аммония.

Микроскопические наблюдения промышленного карбоната иттрия (III) показали, что порошок состоит из частиц размером 3-30 мкм.

Карбонат иттрия (III) синтезировали путем распыления горячего концентрированного водного раствора хлорида иттрия (III) в охлажденный до 0C водный раствор карбоната аммония. После синтеза карбонат иттрия (III) промывали дистиллированной водой и сушили при 80-100C.

Микроскопическое исследование синтезированного карбоната иттрия (III) показало, что порошок состоит из бесформенных рыхлых непрочных вторичных агрегатов размером от 2 до 15 мкм, которые легко разрушаются при растирании. Первичные агрегаты представляли собой частицы округлой формы размером менее 1 мкм.

Дифференциально-термический анализ промышленного и синтезированного карбоната показал, что разложение происходит в 2 этапа: в интервале температур 100-250°C наблюдается удаление механически связанной и кристаллизационной воды, в интервале температур 220-650°C происходит разложение карбоната на оксид иттрия (III) и углекислый газ, а при 700°C происходит полная кристаллизация оксида иттрия (III).

Легирующие добавки в шихту вводили в виде водорастворимых солей – нитрата неодима (III) и азотнокислого гафнила. Дифференциально-термический анализ этих солей показал, что их полное разложение с образованием соответствующих кристаллических оксидов происходит до 700°C.

Сравнительная характеристика порошков, полученных различными методами. Порошки оксида иттрия (III), полученные из изопропилата иттрия (III), промышленного и синтезированного карбонатов иттрия (III) были исследованы методом электронной микроскопии.

Порошки, полученные из промышленного карбоната иттрия (III) состояли из прочных частиц неправильной формы размером 2-5 мкм, объединенных в более крупные агрегаты размером 5-10 мкм. Последние очень трудно разрушались при перетирании между предметными стеклами, образуя частицы размером более 2 мкм (Рис. 1а).

Порошки, полученные после прокаливания измельченного синтезированного карбоната иттрия (III) состояли из частиц округлой формы размером менее 0,5 мкм, объединенных в крупные рыхлые и непрочные агрегаты размером 3-5 мкм, которые при разрушении между предметными стеклами давали частицы размером менее 1 мкм (рис. 1б).

(а) (б) (в)

Рис. 1. Фотографии порошков, полученных после прокаливания при 1400°C с выдержкой при конечной температуре 2 часа осадка, полученного из промышленного карбоната иттри (III) (а), синтезированного карбоната иттрия (III) (б), и гидролизом изопропилата иттрия (III) (в).

Частицы порошков, полученных гидролизом изопропилата иттрия (III), имели размер менее 0,2 мкм и образовывали рыхлые непрочные агрегаты размером 1-2 мкм (рис. 1в).

Режимы обжига керамики и механическая обработка. Спекание образцов осуществляли в высокотемпературной вакуумной печи СШВЭ-1.2,5/25-ИЗ при 1750-1950°C с выдержкой при конечной температуре от 2 до 3 часов. Обожженные образцы подвергали «осветлительному» обжигу на воздухе в силитовой печи при 1400°C с выдержкой при конечной температуре 2 ч, затем в вакуумной печи при 800°C с выдержкой при конечной температуре 30 минут.

После обжига образцы шлифовали до толщины 1 мм карбидом кремния в последовательности М100, М40, М14, М10, затем полировали на деревянном диске алмазными пастами, начиная с 10/7 и кончая 2/1. Окончательную доводку проводили алмазной пастой 1/0 на войлочном диске.

Изготовление прозрачной керамики из изопропилата иттрия (III). Исходным материалом для получения шихты являлся раствор изопропилата иттрия (III) в изопропиловом спирте. Состав керамики был выбран на основании анализа литературных данных: 93% (мольн.) Y2O3 + 6% (мольн.) HfO2 + 1% (мольн.) Nd2O3. Керамика такого состава характеризуется наилучшими оптическими свойствами в видимой и ИК областях спектра.

Раствор изопропилата иттрия (III) помещали в плоскодонную коническую колбу, к нему быстро приливали расчетное количество дистиллированной воды при интенсивном перемешивании. Полученный золь подвергали промывке на фильтре дистиллированной водой для удаления побочных продуктов.

Полученный гель смешивали с 5%-м водным раствором поливинилового спирта таким образом, чтобы его количество составляло 10% (масс.) от массы твердой фазы геля (в пересчете на Y2O3), и вводили расчетное количество водорастворимых солей – азотнокислого гафнила и нитрата неодима (III). После этого золь перемешивали 30-40 минут для равномерного распределения ПВС между его твердыми частицами и сорбции на их поверхности. Затем гель сушили на воздухе при температуре 80-90°C до полного удаления жидкости и образования ксерогеля.

Дифференциально-термический анализ продукта гидролиза изопропилата иттрия (III) без добавок показал, что его разложение происходит в три этапа: в интервале температур от 100 до 200°C удаляется сорбционная вода, в интервале 300-350°C, предположительно, происходит отщепление одной молекулы воды, и Y(OH)3 переходит в оксигидроксид YOOH. В интервале температур 480-550°C происходит разложение YOOH, и выше 800°C кристаллизуется Y2O3 (рис. 2).

После окончания сушки ксерогель помещали в корундовый тигель и прокаливали в силитовой печи при 1200-1400°C с выдержкой 2 ч при конечной температуре.

Рис. 2. Дифференциально-термический анализ продукда гидролиза изопропилата иттрия (III).

В полученную шихту вводили временную технологическую связку (ВТС) – 5%-ный раствор поливинилового спирта (ПВС) в количестве 15% (масс.), протирали через сито 045, затем прессовали образцы диаметром 14 мм и толщиной 2-3 мм при давлении 100 МПа. После выжигания временной технологической связки при 1400°C в силитовой печи, с выдержкой при конечной температуре 2 ч, образцы обжигали в вакуумной печи при 1700-2000°C с выдержкой при конечной температуре 2-3 ч.

Изготовление прозрачной керамики из промышленного и синтезированного карбоната иттрия (III). Смешивание и измельчение компонентов осуществляли мокрым способом в барабанах, изготовленных из фторопласта Ф-4, в планетарной мельнице в течение 5 минут мелющими телами из оксида иттрия (III). Помол исходного порошка карбоната иттрия (III) проводили в водном растворе соли-добавки, который готовили растворением расчетного количества соли в горячей дистиллированной воде при подкислении неорганическими кислотами до pH = 24, что обеспечивало полное растворение соли-добавки в заданном количестве дистиллированной воды и травление поверхности частиц карбоната иттрия (III). После помола суспензию фильтровали через беззольный фильтр «синяя лента».

Полученную после помола суспензию высушивали в сушильном шкафу в фарфоровых чашках при температуре 90°C. При сушке смесь многократно перемешивали. Высушенный порошок протирали через нейлоновое сито 045 и подвергали прокаливанию в силитовой печи при температуре, обеспечивающей образование твердого раствора.

Формование образцов осуществляли методом полусухого прессования. В качестве технологической связки использовали 5% водный раствор поливинилового спирта, вводимого в количестве 15% по массе. Диски диаметром 22 мм и толщиной 2,5-3,0 мм прессовали при давлении 100 МПа.

Образцы обжигали на воздухе при 1400°C с выдержкой при конечной температуре 2 часа, а затем спекали в вакууме (10-4 мм рт.ст.) при 1750-1950°C в течение 2-3 часов. Окислительный обжиг образцов проводили в воздушной среде в силитовой печи при температуре 1400°C с выдержкой 2 часа, а затем проводили осветлительный вакуумный обжиг при температуре 1000°C с выдержкой при конечной температуре 15 мин.

Изучение свойств керамики проводили на составе Y2O3 с добавкой 6% (мольн.) HfO2 и 1% (мольн.) Nd2O3. Образцы керамики изготавливали из трех прекурсоров: изопропилата иттрия (III), технического и синтезированного в лабораторных условиях карбоната иттрия (III). Термообработку шихты и выжигание временной технологической связки проводили при 1400°C с выдержкой 2 ч. Вакуумный обжиг проводили при 1750, 1810, 1850, 1900 и 1950°C без выдержки при 1500°C и с выдержкой. Окислительный «осветлительный» обжиг проводили при 1400°C с выдержкой 2 ч при конечной температуре. Вакуумный «осветлительный» обжиг проводили при 800°C с выдержкой 15-30 минут.

После обжига и полировки на спеченных образцах измеряли плотность, микроструктурные и оптические свойства.

Данные о линейных усадках, изменениях кажущейся плотности, размерах кристаллов и оптической прозрачности обожженных при различных условиях образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики шихты и спеченных образцов из изопропилата и карбоната иттрия (III).

Прекурсор для получения шихты

Темп. вакуумного обжига

Плотность прессовки

Усадка при вак. обжиге, %

Каж. пл. керамики

Размер кристаллов

Оптич. прозр при =600 нм.,

%

Изопропилат иттрия (III)

1750

2,4

19,2

99,5

7-9

42

1750*

2,5

19,5

99,7

8-12

48

1810

2,5

19,9

99,9

15-20

64

1900

2,5

19,1

99,1

-

0

1950

2,5

18,5

98,0

-

0

Синтезированный карбонат иттрия (III)

1750

2,7

20,0

99,8

8-12

18

1750*

2,6

19,5

99,8

5-12

19

1810

2,6

18,0

98,7

12-24

15

1900

2,6

17,3

96,3

-

0

1950

2,7

16,6

96,1

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»